DE2616141A1 - ELLIPSOMETRIC MEASURING METHOD - Google Patents

ELLIPSOMETRIC MEASURING METHOD

Info

Publication number
DE2616141A1
DE2616141A1 DE19762616141 DE2616141A DE2616141A1 DE 2616141 A1 DE2616141 A1 DE 2616141A1 DE 19762616141 DE19762616141 DE 19762616141 DE 2616141 A DE2616141 A DE 2616141A DE 2616141 A1 DE2616141 A1 DE 2616141A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light beam
test object
photodetector
analyzer
polarizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19762616141
Other languages
German (de)
Inventor
Frederick Hayes Dill
Peter Swift Hauge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/572,476 external-priority patent/US4053232A/en
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE2616141A1 publication Critical patent/DE2616141A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0641Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
    • G01B11/065Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization using one or more discrete wavelengths
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry

Description

Böblingen, den 8. April 1976 pr-frBoeblingen, April 8, 1976 pr-fr

Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: NeuanmeldungOfficial file number: New registration

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 974 065File number of the applicant: YO 974 065

Ellipsometrxsches MeßverfahrenEllipsometric measuring method

Die Erfindung betrifft ein ellipsometrxsches Meßverfahren, bei dem ein linear oder elliptisch polarisierter monochromatischer Lichtstrahl mit bekanntem Einfallwinkel und mit bekannter Lage seiner Polarisationsrichtung auf ein Prüfobjekt gerichtet und nach Reflexion an diesem einem Analysator und einem nachgeschaltetem Fotodetektor zugeführt wird.The invention relates to an ellipsometric measuring method which is a linear or elliptically polarized monochromatic light beam with a known angle of incidence and with a known position its direction of polarization directed at a test object and after reflection on this one analyzer and one downstream Photo detector is fed.

Auf vielen Gebieten der Technik, beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen,ist es erforderlich, die Dicke und/oder den Brechungsindex von sehr dünnen Schichten mit hoher Genauigkeit und großer Geschwindigkeit zu ermitteln. Insbesondere zur automatischen Dickenmessung extrem dünner Schichten haben sich in letzter Zeit die sogenannten ellipsometrischen Verfahren besonders gut bewährt. Bei diesen Verfahren wird ein linear oder elliptisch polarisierter Strahl unter einem relativ großem Einfallswinkel auf ein Prüfobjekt gerichtet und die Elliptizität des reflektierten Strahls durch einen im Verlaufe dieses Strahls an- ; geordneten rotierenden Analysator und einem diesem nachgeschalt- ; eten Fotodetektor ermittelt. Die am Ausgang des Fotodetektors auftretenden Impulse werden digitalisiert und gleichzeitig mit den Angaben über die beim Auftreten der einzelnen Werte jeweils vor-In many areas of technology, for example in manufacture of integrated circuits, it is necessary to adjust the thickness and / or to determine the refractive index of very thin layers with high accuracy and high speed. In particular So-called ellipsometric methods have recently been used for the automatic measurement of the thickness of extremely thin layers proven particularly well. In these methods, a linearly or elliptically polarized beam is at a relatively large angle of incidence directed at a test object and the ellipticity of the reflected beam indicated by one in the course of this beam; ordered rotating analyzer and a downstream; eten photodetector determined. The pulses appearing at the output of the photodetector are digitized and at the same time as the Information on the occurrence of the individual values in each case

609846/0873609846/0873

liegenden Winkellagen des rotierenden Analysators einer Verarbeitungseinheit zugeführt. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 2 430 521 beschrieben.lying angular positions of the rotating analyzer of a processing unit fed. Such devices are described, for example, in German Offenlegungsschrift 2,430,521.

Die bei diesen Vorrichtungen gemessenen Werte Δ und Ψ , wobeiThe values Δ and Ψ measured with these devices, where

Ader Phasenunterschied zwischen den parallelen und senkrechten Komponenten R und R des elektrischen Vektors des reflektier-The phase difference between the parallel and perpendicular components R and R of the electrical vector of the reflective

R
ten Strahls und tHiLÜ Ϋ = — ist, ermöglichen die Berechnung
R.
th ray and tHiLÜ Ϋ = - is, enable the calculation

der Dicke und des Brechungsindexes der untersuchten Schicht. Die große, mit der genannten Vorrichtung erzielbare Meßgenauigkeit ist auch auf die Verwendung der Fourieranalyse bei der Auswertung der am Ausgang des Fotodetektors auftretenden Informationen zurückzuführen.the thickness and the refractive index of the examined layer. the The high measurement accuracy achievable with the device mentioned is also due to the use of Fourier analysis in the evaluation the information appearing at the output of the photodetector traced back.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtungen liegt darin, daß zwischen zueinander komplementären Polarisatxonszuständen von gleicher Ausrichtung und Elliptizität jedoch entgegengesetztem Drehsinn, d.h. links gerichteter und rechts gerichteter Elliptizität( nicht unterschieden werden kann. Das hat zur Folge, daß nur der Winkel Ψ eindeutig festgestellt werden kann, während bei der Bestimmung des Phasenwinkels Δ Doppeldeutigkeiten auftreten können. Während der Winkel Ψ sich nur zwischen 0 und 90° verändern kann und somit notwendigerweise eindeutig ist, kann der Phasenwinkel. Δν Werte zwischen 0 und 360° annehmen. Diese Unbestimmtheit von Δ kann bei den bekannten Vorrichtungen zwar vermieden werden, es sind jedoch zwei Meßvorgänge mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des Meßstrahls oder zusätzliche Informationen über das Meßobjekt erforderlich, wodurch nicht nur die Meßgeschwindigkeit verkleinert sondern auch zusätzliche Fehlerquellen verursacht werden.A disadvantage of the known devices is that between mutually complementary polarization states of the same orientation and ellipticity but opposite direction of rotation, ie left-directed and right-directed ellipticity ( cannot be distinguished. As a result, only the angle Ψ can be clearly determined, while when determining the phase angle Δ, ambiguities can occur. While the angle Ψ can only change between 0 and 90 ° and is therefore necessarily unique, the phase angle .Δν can assume values between 0 and 360 ° Known devices are avoided, but two measuring processes with different polarization directions of the measuring beam or additional information about the measuring object are required, which not only reduces the measuring speed but also causes additional sources of error.

YO 974 065 609846/087 3YO 974 065 609846/087 3

2616H12616H1

In der Literaturstelle "Polarized Light and Optical Measurement von D. Clarke und J.F. Grainger, Pergamon, New York 1971, wird zwar auf die Kombination einer Verzögerungsplatte und eines Analysators hingewiesen und diese als Polarimeter bezeichnet und gezeigt, daß eine derartige Kombination eine vollständige Bestimmung der Polarisation durch eine einzige Messung ermöglicht. Eine solche Kombination kann aus einem vor einem stationären Analysator angeordnten rotierenden Verzögerungselement bestehen. Die oben benannte Literaturstelle enthält jedoch keine Angaben zur Verwendung derartiger Elemente in der Ellipsometrie.In the reference "Polarized Light and Optical Measurement by D. Clarke and J.F. Grainger, Pergamon, New York 1971, is referred to the combination of a retardation plate and an analyzer and referred to it as a polarimeter and shown that such a combination enables a complete determination of the polarization by a single measurement. Such a combination can consist of a rotating deceleration element arranged in front of a stationary analyzer exist. However, the above cited literature does not contain any Information on the use of such elements in ellipsometry.

ί Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein einfaches Verfahren < und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei dem der ellipsometrische Parameter δ , d.h. die Phasendifferenz zwischen den parallelen und senkrechten Komponenten eines durch Refle.X-ion elliptisch polarisierten Strahles in einfacher Weise eindeutig bestimmt werden kann.The invention is based on the task of specifying a simple method and a device for carrying out this method, in which the ellipsometric parameter δ , ie the phase difference between the parallel and perpendicular components of a beam elliptically polarized by Refle.X-ion, is easier Way can be clearly determined.

Weiterhin soll es möglich sein, die eindeutige Bestimmung von Δ mit relativ geringem technischem Aufwand, mit großer Geschwindigkeit und durch einen einzigen Meßvorgang zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Furthermore, it should be possible to unambiguously determine Δ with relatively little technical effort, at great speed and to be made possible by a single measurement process. This object is achieved by the method described in claim 1.

Durch die Anordnung einer rotierenden λ/4-Platte oder eines die gleiche Wirkung verursachenden Elements im Weg des reflektierten Strahls vor einem Analysator und durch die Fourier-Analyse der am Ausgang der nachgeschalteten Fotodetektors auftretenden Signale kann der Phasenwinkel Δ durch einen einzigen Meßvorgang in eindeutiger Weise festgestellt werden. Dieser Vorteil ist unter anderem dadurch begründet, daß die Fourier-Koeffizienten sowohl sinA- als auch cosA -Terme enthalten, so daß das Vorzeichen des Phasenwinkels Δ d.h. der Polarisationsinn derBy arranging a rotating λ / 4 plate or a die element causing the same effect in the path of the reflected beam in front of an analyzer and by the Fourier analysis of the signals occurring at the output of the downstream photodetector can be used to measure the phase angle Δ by a single measurement process can be clearly identified. This advantage is due, among other things, to the fact that the Fourier coefficients contain both sinA and cosA terms, so that the sign of the phase angle Δ i.e. the direction of polarization of the

YO 974 065 6 09846~7ö8 7 3YO 974 065 6 0 9 846 ~ 7ö8 7 3

elliptischen Polarisierung in eindeutiger Weise festgestellt werden kann, was mit den bisher bekannten Vorrichtungen in einem Arbeitsgang nicht durchgeführt v/erden konnte. Darüberhinaus wird durch die zur Verfügungstellung des Termes sin Δ die Meßgenauigkeit, insbesondere für Werte von Δ für die cos Δ in der Nähe von 1 liegt, ganz wesentlich erhöht.elliptical polarization can be determined in an unambiguous way, what with the previously known devices in one Operation could not be carried out. In addition, by making available the term sin Δ, the measurement accuracy, especially for values of Δ for the cos Δ in the vicinity of 1 is very much increased.

Die Erfindung wird anhand der Fign. näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on FIGS. explained in more detail. Show it:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer bekanntenFig. 1 is a schematic representation of a known

ellipsometrischen Vorrichtung.ellipsometric device.

Fig. 2 einen Ausschnitt, einschließlich von elektriFig. 2 shows a section, including electrical

schen Blockschaltbildern, aus der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.rule block diagrams, from the device shown in FIG.

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Veranschau3 is a schematic illustration for illustrative purposes

lichung des mit Hilfe der in den Fign. 1 und dargestellten Vorrichtung durchgeführten Verfahrens .solution of the with the help of the in FIGS. 1 and the device shown .

Fign. 4 und 5 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung.Figs. 4 and 5 are schematic representations of exemplary embodiments the invention.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erzeugt eine beispielsweise aus einem 1 -mW Helium-Neon-Laser bestehende Lichtquelle 10 einen ein Polarisationsprisma 12 durchsetzenden Lichtstrahl 21. Das Polarisationsprisma 12 ist so angeordnet, daß die Polarisationsebene des ihn verlassenden Lichtstrahls 21 eine feste Lage, vorzugsweise 45°, in bezug auf die Einfallsebene des Lichtstrahles auf das Prüfobjekt 20 aufweist. Der StrahlIn the device shown in Fig. 1, for example, generates a light source 10 consisting of a 1-mW helium-neon laser a light beam penetrating a polarization prism 12 21. The polarization prism 12 is arranged so that the plane of polarization of the light beam 21 leaving it a has a fixed position, preferably 45 °, with respect to the plane of incidence of the light beam on the test object 20. The beam

YO 974 065 60 9K46/0B7 3YO 974 065 60 9K46 / 0B7 3

durchsetzt vor seinem Auftreffen auf das Prüfobjekt eine λ/4-Platte 14, die ebenfalls unter einen vorgegebenen und bekannten Winkel fest angeordnet ist, und anschließend eine Blende 18 zur Bestimmung des auf dem Meßobjekt 20 entstehenden Lichtfleckes. Der am Prüfobjekt reflektierte Lichtstrahl 22 ist elliptisch polarisiert und durchsetzt eine Apperturblende 24 und einen kontinuierlich, beispielsweise mit 5 Umdrehungen pro Sekunde rotierenden, vorzugsweise als Polarisationsprisma ausgebildeten Analysator 26, nach dessen Verlassen er auf einen Fotodetektor 28 auftrifft, der beispielsweise als Sekundärelektronenvervielfacher ausgebildet sein kann. In Fig. 2 wird ein Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ausführlicher dargestellt. Außer den bereits in Fig. 1 dargestellten Elementen enthält die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung einen Winkelverschlüssler, der mit dem rotierenden Analysator 26 verbunden ist und zwei Ausgängepenetrates a λ / 4 plate before it hits the test object 14, which is also fixed at a predetermined and known angle, and then a diaphragm 18 for Determination of the light spot arising on the measurement object 20. The light beam 22 reflected on the test object is elliptically polarized and passes through an aperture diaphragm 24 and one continuously, for example rotating at 5 revolutions per second, preferably designed as a polarizing prism Analyzer 26, after which it strikes a photodetector 28, for example as a secondary electron multiplier can be formed. In Fig. 2 a section of the device shown in Fig. 1 is shown in more detail. In addition to the elements already shown in FIG. 1, the device shown in FIG. 2 contains an angle encoder which is connected to the rotating analyzer 26 and has two outputs

31 und 33 aufweist. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß der Verschlüssler 30 und der Analysator 26 gemeinsam auf einer rotierenden Hohlachse befestigt sind. Am Ausgang 31 tritt bei jeder Umdrehung des Analysators 26 ein Signal auf, während am Ausgang 33 Signale für eine Vielzahl voneinander gleichen Teilumdrehungen des Analysators auftreten. Die am Ausgang 33 auftretenden Signale werden als Auslöseimpulse einem Analog-Digitalumformer31 and 33 has. The device is designed in such a way that the encryptor 30 and the analyzer 26 are fastened together on a rotating hollow shaft. At the output 31, a signal occurs with each revolution of the analyzer 26, while at the output 33 signals occur for a plurality of equal partial revolutions of the analyzer. The signals appearing at output 33 are sent as trigger pulses to an analog-digital converter

32 zugeführt.32 supplied.

Die an einen Ausgang 35 des als Sekundärelektronenvervielfacher ausgebildeten Fotodetektors28 auftretenden Signale werden als Analogsignale einem Analog- Digitalwandler 32 zugeführt und weisen beispielsweise die in der Fig.2 durch die Linie 34 dargestellte Form auf. Im Analog-Digitalwandler 32 wird das vom Sekundärelektronenvervielfacher 28 gelieferte Analogsignal in eine Reihe von Digitalsignalen umgewandelt, die beispielsweise die in Fig. mit 36 bezeichnete Form aufweisen. Dieses digitale Signal wird anschließend einer beispielsweise als Kleincomputer ausgebildeten Analysiervorrichtung 38 zugeführt, in der die Digitalwerte einer Fourier-Analyse unterzogen werden, um die einzelnen Fourier-Koeffizienten zu bestimmen, welche letzteren zur ellipsometrisch'enThe signals appearing at an output 35 of the photodetector 28 designed as a secondary electron multiplier are used as Analog signals fed to an analog-to-digital converter 32 and have for example the shape shown in FIG. 2 by the line 34. In the analog-to-digital converter 32 this is from the secondary electron multiplier 28 is converted into a series of digital signals, for example those shown in Fig. have the shape indicated at 36. This digital signal is then designed as a small computer, for example Analyzing device 38 supplied, in which the digital values are subjected to a Fourier analysis to determine the individual Fourier coefficients to determine which latter is the ellipsometric

YO 974 065 6098 46/08 7 3YO 974 065 6098 46/08 7 3

26Ί6ΗΊ26Ί6ΗΊ

Analyse des reflektierten Lichtes erforderlich sind. Die volle Fourier-Transformation wird nicht benötigt. Nach Bestimmung der normalisierten Koeffizienten der zweiten Harmonischen der Fourier-Transformation werden ellipsometrische Formeln ausgewertet, um die zur Bestimmung der optischen Eigenschaften des Prüfobjektes notwendigen Parameter zu berechnen. Die Werte dieser Parameter v/erden entweder, beispielsweise mit Hilfe einer Schreibmaschine gedruckt, oder mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht .Analysis of the reflected light are required. The full Fourier transform is not required. After determining the normalized coefficients of the second harmonic of the Fourier transform Ellipsometric formulas are evaluated in order to determine the optical properties of the test object to calculate the necessary parameters. The values of these parameters are either grounded, for example with the aid of a typewriter printed or made visible with the help of a cathode ray tube.

Wie in Fig. 3 angedeutet, wird in der Analysiervorrichtung 38 eine numerische Fourier-Analyse der digitalen Wellenform 36 durchgeführt. Im Falle des Eilipsometers mit einem rotierenden Analysator, wie er beispielsweise in der oben genannten Offenlegungsschrift 2 430 521 beschrieben ist, werden die normalisierten Koeffizienten a~, b« der Fourierreihe bestimmt. Die gebräuchlichen ellipsometrisehen Formeln dienen zur Berechnung der gewünschten Objektparamter, beispielsweise Schichtdicke und Brechungsindex. In Fig. 3 ist weiterhin eine Druckvorrichtung 40 und eine Vorrichtung zur Sichtanzeige 42 angedeutet. Die ausgedruckten oder angezeigten Informationen sind Azimuthwinkel α , Elliptizität χ die ellipsometrischen Parameter Ψ und Δ , Filmdicke, Brechungsindex etc.As indicated in FIG. 3, a Fourier numerical analysis of the digital waveform 36 is performed. In the case of the ellipsometer with a rotating analyzer, as described, for example, in the above-mentioned laid-open specification 2 430 521, the normalized Coefficients a ~, b «of the Fourier series are determined. The common ones ellipsometric formulas are used to calculate the desired Object parameters, for example layer thickness and refractive index. In Fig. 3 is also a printing device 40 and a device indicated for display 42. The information printed or displayed is azimuth angle α, ellipticity χ the ellipsometric parameters Ψ and Δ, film thickness, refractive index etc.

Die Fourier-Analyse in der Analysiervorrichtung 38 kann mit Hilfe bekannter Programme durchgeführt werden.The Fourier analysis in the analyzing device 38 can be carried out with the aid of known programs.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung kann das polarisierende Element 12 in verschiedenen Lagen befestigt v/erden, so daß die Polarisationsebene des dieses Element verlassenden Strahls mit der Einfallebene Winkel von beispielsweise 0°, 12°, 45° und 90° einschließt.In the device shown in Fig. 1, the polarizing Element 12 fastened in different positions v / earth so that the plane of polarization of the beam leaving this element with the plane of incidence angles of, for example, 0 °, 12 °, 45 ° and 90 ° includes.

YO 974 065 609846/087YO 974 065 609846/087

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden den in Fig. 1 gezeigten Elementen entsprechende Elemente mit gleichem Bezugszeichen bezeichnet. Der von einer Lichtquelle 10 ausgehende monochromatische Lichtstrahl 21 ge-. langt zu einem fest angeordneten Polarisator 12 und fällt auf die Oberfläche eines PrüfObjekts 20 unter einen Winkel φ auf. ' Der Polarisator 20 kann, wie beispielsweise in der oben genannten deutschen Offenlegungsschrift 2 430 521 angegeben, so be-, festigt sein, daß der Azimuth der Polarisationsebene des ihn verlassenden linear polarisierten Strahls unter verschiedenen ι Winkeln in bezug auf die Einfallebene eingestellt werden kann. Der reflektierte Strahl durchsetzt einen als optisches λ /4-Verzögerungselement ausgebildeten Kompensator 50, der vorzugsweise aus einer λ /4-Platte besteht. Der Kompensator wird mit Hilfe nicht dargestellter Mittel mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht. Seine jeweilige Winkellage wird mit q bezeichnet. Das den Kompensator verlassende Licht wird einem fest angeordneten Analysator 52 zugeführt und gelangt anschließend zu einem als Fotodetektor ausgebildeten SekundärelektronenvervielfacherIn the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 4, elements corresponding to the elements shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The monochromatic light beam 21 emanating from a light source 10. reaches to a fixed polarizer 12 and falls on the surface of a test object 20 at an angle φ. The polarizer 20 can, as indicated, for example, in the above-mentioned German laid-open specification 2 430 521, be fastened so that the azimuth of the plane of polarization of the linearly polarized beam leaving it can be set at different angles with respect to the plane of incidence. The reflected beam passes through a compensator 50 designed as an optical λ / 4 delay element, which preferably consists of a λ / 4 plate. The compensator is rotated at a constant angular velocity with the aid of means not shown. Its respective angular position is denoted by q. The light leaving the compensator is fed to a fixedly arranged analyzer 52 and then arrives at a secondary electron multiplier designed as a photodetector

j an dessen Ausgang 35 ein elektrisches Signal auftritt, das eine ; Funktion der Intensität iUi durch den Analysator 52 übertragenen Lichtes ist.j at the output 35 an electrical signal occurs, the one; Function of the intensity iUi transmitted by the analyzer 52 Is light.

j Zur Veranschaulichung und Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von folgenden Ausnahmen ausgegangen:j To illustrate and explain the method according to the invention the following exceptions are assumed:

Der Polarisator 12 wird so eingestellt, daß die Polarisations- j ', ebene des ihn verlassenden linear polarisierten Strahls einen I Winkel von 45° mit der Einfallsebene einschließt. Die Durchlaßrichtung des fest angeordneten Analysators 52 schließt mit der Einfallsebene einen Winkel von 0° ein. Wird ferner angenommen, daß die schnelle Achse des Kompensators 50 mit der Einfallsebene I zu einem vorgegebenen Zeitpunkte einen Winkel θ einschließt, !The polarizer 12 is set in such a way that the polarization j ' plane of the linearly polarized beam leaving it encloses an angle of 45 ° with the plane of incidence. The direction of passage of the fixedly arranged analyzer 52 forms an angle of 0 ° with the plane of incidence. If it is also assumed that the fast axis of the compensator 50 forms an angle θ with the plane of incidence I at a given point in time,!

c , c ,

YO 974 065 609 84fi/0YO 974 065 609 84fi / 0

und daß es sich um einen idealen Kompensator handelt, d.h., daß die Verzögerung zwischen den beiden Durchlaßrichtungen genau eine viertel Wellenlänge beträgt, so wird die Intensität Ι(θ ) ;des auf den Sekundärelektronenvervielfacher 28 auftreffenden Lichts unter Berücksichtigung einer multiplikativen Konstante durch folgende Beziehung definiert:and that it is an ideal compensator, i.e. that the delay between the two transmission directions is exactly a quarter wavelength, then the intensity Ι (θ) ; of the incident on the secondary electron multiplier 28 Light is defined by the following relationship, taking into account a multiplicative constant:

I (θ ) = An+ A0 cos 2 θ + B0 sin 2 θ _ +A4 cos,4 θ _ +B4 sin4 Q I (θ) = A n + A 0 cos 2 θ + B 0 sin 2 θ _ + A 4 cos, 4 θ _ + B 4 sin4 Q

(D(D

wobei die Fourier-Koeffizienten folgende Form haben:where the Fourier coefficients have the following form:

Ao A o = 2= 2 ~ cos~ cos 22 22 ΨΨ ΨΨ A2 A 2 = O= O 22 B2 B 2 = 2= 2 sinsin ΨΨ sin Δsin Δ A4 A 4 = -= - coscos

B. = sin 2 ψ cosΔB. = sin 2 ψ cosΔ

Da die Intensität nur innerhalb einer multiplikativen Konstante jSince the intensity is only within a multiplicative constant j

I II I

1 gemessen wird, sind es nur die Verhältnisse der oben genannten 1 Fourier-Koeffizienten, die die zur Ermittlung der Prüfobjektpara-■ meter Ψ und Δ erforderlichen Informationen enthalten. Es ist daher zweckmäßig, jeden Koeffizienten durch ein durchschnittliches Intensitätsniveau durch AQ zu dividieren, so daß folgende Beziehungen gelten: 1 is measured, it is only the ratios of the 1 Fourier coefficients mentioned above that contain the information required to determine the test object parameters Ψ and Δ. It is therefore useful to divide each coefficient by an average intensity level through A Q so that the following relationships hold true:

a2 = A2/Ao = 0a 2 = A 2 / A o = 0

b2 = B2/A0 = 2 sin 2 ψ sinA b 2 = B 2 / A 0 = 2 sin 2 ψ sinA

a4 = A./A = -cos 2 <p/(2-cos 2ψ ) (4)a 4 = A./A = -cos 2 <p / (2-cos 2ψ) (4)

b4 = B4/Ao = sin 2 ψ cosA /(2-cos 2ψ ) (5)b 4 = B 4 / A o = sin 2 ψ cosA / (2-cos 2ψ) (5)

YO 974 065 6 0 9 8 A 6 / 0 8 7 3YO 974 065 6 0 9 8 A 6/0 8 7 3

2616H12616H1

Die Gleichungen (4) und (5) können für Ψ und Δ in folgender Weise | gelöst werden: !The equations (4) and (5) for Ψ and Δ can be | be solved:!

Ψ =1/2 cos i-i—i / (6)Ψ = 1/2 cos i-i-i / (6)

(7)(7)

Δ =Δ =

a4 tan 2a 4 tan 2

' Anhand der obigen Gleichungen wird beschrieben, wie durch die ' Messung der Intensität des durch die Kombination der aus dem rotierenden Kompensator 50 und dem fest angeordneten Analysator 52 bestehenden Vorrichtung als Funktion des Kompensatorazimuths θ _ übertragenden Lichtes eine vollkommen eindeutige Bestimmung des Polarisationszustandes des einfallenden Lichtes und somit die j eindeutige Bestimmung der PrüfObjektparameter Ψ und Δ für die ' Zwecke der Ellipsometrie möglich ist. Die bei den bekannten Verfahren auftretende Doppeldeutigkeit wird beim erfindungsge- ; mäßen Verfahren dadurch vermieden, daß die Intensität I (q ) im vorliegenden Fall aus einer Konstante und zwei sinusförmigen Termen besteht, während bei den bisher bekannten Verfahren mit Hilfe des rotierenden Analysators nur ein einziger sinusförmiger I Term ermittelt werden konnte. Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, i enthält einer dieser sinusförmigen Komponenten (β λ sin 4 q ) das j vierfache der WinkeIfreguenz des Kompensators, wobei im wesentli-I chen die gleiche Information wie bei der Vorrichtung mit dem , rotierenden Analysator erhalten wird, und sinusförmige Terme ; (A0 cos 2 0 ) und (B0 sin 2 Q ), die die doppelte Winkelfreguenz ι beinhalten. Es wird darauf hingewiesen, daß der zuletzt genannte J Term seine Phase um 180° mit einer Änderung des Polarisationsj Sinnes des auftreffenden Lichtes ändert. Daraus ergibt sich, daß ! die bei Verwendung eines rotierenden Kompensators angewendete numerische Fourier-Analyse für die Analyse der Intensitätsdaten !( 8C) angewendet werden kann, die bei Anwendung eines rotierenden Kompensators gemäß Fig. 4 anfallen. 'From the above equations will be described as shown by the' measurement of the intensity of the current through the combination of the of the rotating compensator 50 and the fixed analyzer 52 device as a function of Kompensatorazimuths θ _ transmitted light is a completely unambiguous determination of the polarization state of the incident light and thus the j unambiguous determination of the test object parameters Ψ and Δ for the purposes of ellipsometry is possible. The ambiguity occurring in the known method is used in the case of the invention; A moderate method is avoided in that the intensity I ( q ) in the present case consists of a constant and two sinusoidal terms, while with the previously known methods only a single sinusoidal I term could be determined with the aid of the rotating analyzer. As can be seen from equation (1), i contains one of these sinusoidal components (β λ sin 4 q) four times the angular frequency of the compensator, whereby essentially the same information is obtained as with the device with the rotating analyzer, and sinusoidal terms; (A 0 cos 2 0) and (B 0 sin 2 Q), which contain twice the angular frequency ι. It should be noted that the last-mentioned J term changes its phase by 180 ° with a change in the polarization sense of the incident light. It follows that! the numerical Fourier analysis applied when using a rotating compensator can be used for the analysis of the intensity data! (8 C ) which arise when a rotating compensator according to FIG. 4 is used.

YO 974 065 609 846/0 87YO 974 065 609 846/0 87

Die Vorteile des gemäß der vorliegenden Erfindung verbesserten ! ellipsometrischen Verfahrens können auch anhand der GleichungenThe advantages of the improved according to the present invention ! Ellipsometric method can also be based on the equations

(2) bis (7) erläutert werden. Es kann gezeigt werden, daß Ψ in ein deutiger Weise bestimmt werden kann, da es immer zwischen 0(2) to (7) will be explained. It can be shown that Ψ in a can be clearly determined, since it is always between 0

und 90° liegt, während Δ einen von zwei Werten annehmen kann, da , es zwischen 0 und 360 liegt. Bei dem gemäß der vorliegenden ! Erfindung verbesserten ellipsometrischen Verfahren kann wegen j der durch den Term b2 dargestellten zusätzlichen Information der : Wert Δ exakt definiert werden, da eine Untersuchung zeigt, daß i dieser Term das gleiche Vorzeichen wie sinA haben muß. Da dieand 90 °, while Δ can take one of two values, since it is between 0 and 360. In the case of the present! Invention improved ellipsometry method, the additional information by the term b the illustrated 2 for j: Value Δ be precisely defined, as a study shows that i the same sign as this term must have sinA. Since the

gemäß Gleichung (7) möglichen zwei Werte von Δ entgegengesetzte : Vorzeichen für b2 ergeben, wird die ümbestimmtheit des Vorzeichens von Δ behoben, so daß dieses in unzweideutiger Weise definiertAccording to equation (7) two possible values of Δ opposite : result in the sign for b 2 , the ambiguity of the sign of Δ is eliminated so that it defines it in an unambiguous manner

: Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung werden durch den ! Verschlüssler die gleichen Information wie durch den Verschlüss-: In the device shown in Fig. 4 are through the ! Encryptor the same information as provided by the encryptor

■ ler 30, bei der in den Fign. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ' ermittelt. Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung rotiert■ ler 30, in the case of the FIGS. 1 and 2 shown device ' determined. The device shown in FIG. 4 rotates

der Verschlüssler 30 jedoch gemeinsam mit dem Kompensator 50, ; so daß die an den Ausgängen 31 und 33 auftretenden Impulse die j Drehung des !Compensators 50 definieren, während bei der in den ; Fign. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung diese Impulse die Drehung j des Analysators 26 definierten. Das am Ausgang des Fotodektors j 28 auftretende Signal wird im Analog/Digitalwandler 32 in Digi-the encryptor 30, however, together with the compensator 50,; so that the pulses occurring at the outputs 31 and 33 the j Define the rotation of the! Compensator 50, while in the ; Figs. 1 and 2, these pulses defined the rotation j of the analyzer 26. The one at the exit of the photo detector j 28 occurring signal is in the analog / digital converter 32 in digi-

' talwerte umgewandelt, die anschließend im Analysator 38 einer ι
Fourier-Analyse unterzogen werden um die Werte δ und ψ in der in der oben genannten deutschen Offenlegungsschrift 2 430 521 beschriebenen Weise zu bestimmen.
' converted tal values, which then in the analyzer 38 a ι
Fourier analysis are carried out in order to determine the values δ and ψ in the manner described in the above-mentioned German Offenlegungsschrift 2,430,521.

YO 974 065 609846/087YO 974 065 609846/087

.,,. 2616H1. ,,. 2616H1

Bei dem in Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der rotierende Kompensator 50 im Verlaufe des einfallenden Strahles zwischen dem Polarisator 12 und dem Prüfobjekt 20 angeordnet. Mit diesem Ausführungsbeispiel werden die gleichen Ergebnisse erreicht, in den mathematischen Berechnungen werden jedoch die Azimuthwinkel des Polarisators 12 und des Analysators 52 in bezug auf die Analyse der Vorrichtung nach Fig. 4 umgekehrt.In the embodiment described in Fig. 5, the rotating Compensator 50 arranged in the course of the incident beam between polarizer 12 and test object 20. With this embodiment the same results are achieved, but in the mathematical calculations the Azimuth angles of the polarizer 12 and the analyzer 52 with respect to to the analysis of the device according to FIG. 4 is reversed.

Bei den oben beschriebenen Berechnungen wurde ein idealer Kompen- : sator angenommen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß in der PraxisAn ideal compensator was assumed for the calculations described above. However, it has been shown that in practice

j die Verzögerung der zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen I nur annähernd für alle Wellenlängen gleich einer Viertel j Wellenlänge ist. Darüberhinaus weisen die Transmissionen der i beiden Hauptachsen leichte Unterschiede auf. Bei den bekannten Iellipsometrischen Verfahren machen diese Ungenauigkeiten zwei j von Hand auszuführende Null-Messungen erforderlich, um die Abj weichungen von einem idealen Kompensator zu berücksichtigen. Beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Vorrichtung mit dem rotierenden Kompensator so zu bemessen, I daß diese Ungenauigkeiten kompensiert werden.j is the delay in the mutually perpendicular directions I only approximately equal to a quarter for all wavelengths j is wavelength. In addition, the transmissions of the two main axes show slight differences. With the known Ellipsometric methods make these inaccuracies two j manual null measurements are required to obtain the Abj to take into account deviations from an ideal compensator. In the method according to the present invention it is possible to dimension the device with the rotating compensator so that I these inaccuracies are compensated.

ι Durch die genannten Ungenauigkeiten des Kompensators werden dieι Due to the inaccuracies of the compensator mentioned, the

.gemessenen Werte wie folgt beeinflußt. Das komplexe Transmissions- !
verhältnis der langsamen und der schnellen Kompensatorrichtungen
.measured values influenced as follows. The complex transmission!
ratio of the slow and fast compensator directions

sei durch die beiden Kompensatorparameter Ψ und Δ (Ψ und Δlet by the two compensator parameters Ψ and Δ (Ψ and Δ

C CC C

sind die Prüfobjektparamter) wie folgt definiert:the test object parameters are defined as follows:

langsam /Tschnell = tan5Wc e "^ c <S) slow / T fast = tan 5 W c e "^ c < S)

wobei im Idealfall Ψ c = 45° und Δ c = 90°. Die Koeffizienten der Gleichung (1) sind somit:where in the ideal case Ψ c = 45 ° and Δ c = 90 °. The coefficients of equation (1) are thus:

YO 974 065 6098 46/087 3YO 974 065 6098 46/087 3

An = 2 - (1 + sinΨ cos Δ ) cos 2 ΨA n = 2 - (1 + sinΨ cos Δ) cos 2 Ψ

An = 2 cos 2Ψ (1 - cos 2Ψ )
2 c
A n = 2 cos 2Ψ (1 - cos 2Ψ)
2 c

B^ = 2 sin 2 Ψ (cos 2 Ψ cos Δ + sin 2 Ψ sinΔ sinΔ )B ^ = 2 sin 2 Ψ (cos 2 Ψ cos Δ + sin 2 Ψ sinΔ sinΔ)

ΑΛ = "(1 - sin 2 Ψ cosA ) cos 2Ψ 4 ccΑ Λ = "(1 - sin 2 Ψ cosA) cos 2Ψ 4 cc

B. = (1 - sin 2 Ψ cos Δ ) sin 2Ψ cosAB. = (1 - sin 2 Ψ cos Δ) sin 2Ψ cosA

ri CCri CC

Die Wirkung' der Ungenauigkeiten des !Compensators können unschädlich gemacht werden, indem der Kompensator zuerst zwecks Bestimmung der entsprechenden Werte von Δ undW charakterisiertThe effect of the inaccuracies in the compensator can be harmless can be made by first characterizing the compensator to determine the corresponding values of Δ and W

C CarC Car

wird. Das kann beispielsweise durch eine Messung erreicht werden, bei dem das vorn Polarisator 12 (Fig. 4) ausgehende Licht ohne vorherige Reflexion an einem Prüfobjekt unmittelbar in den rotierenden Kompensator 50 gelangt. Eine derartige Anordnung ist das optische Äquivalent einer Einstellung von Ψ = 45° und Δ = 0 und deren Erfassung in den oben genannten Gleichungen,. so daß die sich ergebenden Koeffizienten für die Einstellung-messung die Form aufweisen:will. This can be achieved, for example, by a measurement in which the front polarizer 12 (Fig. 4) outgoing light without previous reflection on a test object directly in the rotating compensator 50 arrives. Such an arrangement is the optical equivalent of a setting of Ψ = 45 ° and Δ = 0 and their detection in the above equations. so that the resulting coefficients for the adjustment measurement have the form:

a2 = A2/A0 = COS 2 ^c (9) a 2 = A 2 / A 0 = COS 2 ^ c (9)

b2 = B2/Ao = cos 2 Ψα (10)b 2 = B 2 / A o = cos 2 Ψ α (10)

a4 = VA0 = ° {11) a 4 = V A 0 = ° {11)

b4 = B4/Ao = (1-sin 2 Ψο cos hQ)/2 (12)b 4 = B 4 / A o = (1-sin 2 Ψ ο cos h Q ) / 2 (12)

γη 974 Ο65 6098^6/0873γη 974 Ο65 6098 ^ 6/0873

Eine Auflösung nach den Kompensatorparametern ergibt:A resolution according to the compensator parameters results in:

Ψ =1/2 cos ~1 (a0) (sollte annähernd 45° sein) (13)Ψ = 1/2 cos ~ 1 (a 0 ) (should be approximately 45 °) (13)

Δ = cos '1 ( (1-2b,)/sin 2 Ψ ) (sollte annäherndΔ = cos' 1 ((1-2b,) / sin 2 Ψ) (should be approximately

c 4 c 90ö sein) (14) c 4 c 90 ö be) (14)

Es gibt auch eine experimentelle Überprüfung dieser Messung, nämlich die, daß a2 gleich b2 und a4 gleich 0 sein sollte. Durch den so charakterisierten oder geeichten Kompensator können die Prüf ob j ektparapieter für den nicht idealen Kompensator ermittelt werden durch die Gleichungen ·There is also an experimental verification of this measurement, namely that a 2 should equal b 2 and a 4 equal 0. With the compensator characterized or calibrated in this way, the test object parameters for the non-ideal compensator can be determined using the equations

Ψ = 1/2 cos "1 (2a4/a a4 - δ) ) (15)Ψ = 1/2 cos " 1 (2a 4 / aa 4 - δ)) (15)

Δ = cos"1 (--b4/a4 tan 2Ψ ) ) (1G)Δ = cos " 1 (--b 4 / a 4 tan 2Ψ)) (1G)

α = 1 + sin 2Ψ cos Δ . (17)α = 1 + sin 2Ψ cos Δ. (17)

c cc c

6=1- sin 2 Ψ cos Δ .
c c
6 = 1- sin 2 Ψ cos Δ.
cc

Der richtige oder kompensierte Wert für Δ der durch die Gleichung (16) zugelassenen beiden Werte kann wie vorher aufgrund der Vierte von b„ bestimmt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Gleichung (16) mit der Gleichung (7) identisch ist, wodurch gezeigt wird, daß die üngenauigkeiten des Kompensators nur die Werte des PrüfObjektparameters U beeinflussen.The correct or compensated value for Δ of the two values permitted by equation (16) can be determined as before on the basis of the fourth of b “. It should be noted that equation (16) is identical to equation (7), which shows that the inaccuracies of the compensator only affect the values of the test object parameter U.

YO 974 065 6098 AB/087 3YO 974 065 6098 AB / 087 3

Durch die vorliegende Erfindung wird das in der oben genannten ' deutschen Auslegungsschrift beschriebene Verfahren, durch das die Paramter Ψ und Δ bei eindeutigen Werten von 4-·mit großer Geschwindigkeit ermittelt v/erden können, durch Erzeugung der sin Δ und cos Δ Terme in zweierlei Hinsicht verbessert. Erstens werden die Werte von Δ im Bereich in denenjcosA | annähernd ;1 ist, wesentlich genauer erfaßbar und zweitens werden die Werte fürAeindeutig. Darüberhinaus ist es möglich, Fehler des verwendeten !Compensators in exakter Weise rechnerisch zu berücksichtigen.The present invention enables the method described in the above-mentioned German interpretation, by which the parameters Ψ and Δ can be determined at high speed for unambiguous values of 4 ·, by generating the sin Δ and cos Δ terms in two different ways Respect improved. First, the values of Δ become in the range wherejcosA | approximately ; 1 is much more precisely detectable and, secondly, the values for A become unambiguous. In addition, it is possible to take account of errors in the! Compensator used in a computational manner.

Obwohl bei den vorhergehenden Rechnungen die Symbole R und RAlthough in the previous calculations the symbols R and R

P s P s

nur als die parallelen und die senkrechten Komponenten des elektrischen Vektors des elliptisch polarisierten reflektierten Strahls und die ellipsometrischen Parameter des PrüfObjektes ψ und Δ als Funktionen von R und R definiert wurden wobei ein Winkelonly as the parallel and the perpendicular components of the electrical Vector of the elliptically polarized reflected beam and the ellipsometric parameters of the test object ψ and Δ were defined as functions of R and R where an angle

ο P s ο P s

von 45 zwischen der Ebene des linear polarisierten Lichtstrahls und der Einfallebene angenommen wurde, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf den allgemeinen Fall elliptisch polarisierten einfallenden und reflektierten Lichts. Für diesen Fall gelten die folgenden Beziehungen;of 45 was assumed between the plane of the linearly polarized light beam and the plane of incidence, the present one refers Invention to the general case of elliptically polarized incident and reflected light. In this case, the following relationships;

_ r p - Ep_ rp - E p

Rs = Es /Es R s = E s / E s

wobei E^ und E die parallelen bzw. die senkrechten Komponenten I swhere E ^ and E are the parallel and perpendicular components, respectively I s

des elliptisch polarisierten einfallenden Lichtstrahls sind,of the elliptically polarized incident light beam,

r r
während E und E die entsprechenden parallelen und senkrech·- ten Komponenten des elliptisch polarisierten reflektierten Licht strahls sind. R und R sind somit die Reflektionskoeffizienten
rr
while E and E are the corresponding parallel and perpendicular components of the elliptically polarized reflected light beam. R and R are thus the reflection coefficients

P s
des PrüfObjekts für parallel und senkrecht polarisiertes Licht.
P s
of the test object for parallel and perpendicular polarized light.

974 0G5 6098 46/087 3974 0G5 6098 46/087 3

2616m2616m

Die ellipsometrischen Prüfobjektparameter Δ und Ψ sind von R und R gemäß der folgenden Gleichung abhängig:The ellipsometric test object parameters Δ and Ψ are from R and R depend on the following equation:

R / R3 = tan1!*R / R 3 = tan 1 ! *

Im zuletzt beschriebenen allgemeinen Fall ist Δ die Phasendifferenz zwischen den parallelen (R ) und den senkrechten (R ) Re--In the general case described last, Δ is the phase difference between the parallel (R) and the vertical (R) Re--

ρ sρ s

flektionskoeffizienten des Prüf Objektes., wobei V definiert wird durchflexion coefficient of the test object., where V is defined by

tan, -tan, -

Die senkrechten Striche bezeichnen dabei den absoluten Viert des komplexen Verhältnisses R / R Mit Hilfe der Erfindung könnenThe vertical lines denote the absolute fourth of the complex ratio R / R with the help of the invention

P s
die Werte Ψ und Δ in eindeutiger Weise für den allgemeinen Fall ellyptisch polarisierten einfallenden und reflektierten Lichts definiert werden.
P s
the values Ψ and Δ are clearly defined for the general case of elliptically polarized incident and reflected light.

YO 974 or»5 6n9RAR/n«7?YO 974 or "5 6n9RAR / n" 7?

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS Ellypsometrisches Meßverfahren, bei dem ein polarisierter Lichtstrahl mit bekanntem Einfallswinkel und mit bekannter Lage seiner Polarisationsrichtung auf ein Prüfobjekt gerichtet und nach Reflexion an diesem einem Analysator und einem nachgeschalteten Fotodetektor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein polarisierter Lichtstrahl (21) vor oder nach seiner Reflexion an einem Prüfobjekt (20) ein die relative Phasenlage der.zueinander senkrechten Komponenten periodisch veränderndes Element (50) durchsetzt, im weiteren Verlauf einem Analysator (52) und einem Fotodetektor (28) zugeführt wird, und daß die am Ausgang des Fotodetektors auftretenden Signale gemeinsam mit die jeweilige Drehlage des die relative Phasenlage periodisch verändernden Elements (50) anzeigenden Signalen einer Analysiervorrichtung (38) zur Ermittlung der Fourier-Koeffizienten zugeführt wird, an dessen Ausgang die ellipso metrischen Prüfobjektparameter ψ und Λ erzeugt werden.Ellipsometric measuring method in which a polarized Light beam with a known angle of incidence and with a known position of its polarization direction directed onto a test object and after reflection at this is fed to an analyzer and a downstream photodetector, characterized in that a polarized light beam (21) before or after its reflection on a test object (20) a the relative phase position of the perpendicular to each other Components periodically changing element (50) penetrated, in the further course of an analyzer (52) and a Photodetector (28) is supplied, and that the signals occurring at the output of the photodetector together with the respective rotational position of the element (50), which periodically changes the relative phase position, signals a Analyzing device (38) for determining the Fourier coefficients is supplied, at the output of which the ellipsometric test object parameters ψ and Λ are generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fourier-Koeffizienten der durch die am Ausgang des Fotodetektors (28) auftretenden Signale definierten Funktio^i zur Ermittlung von sinA , cosa und ψ berechnet werden, wobei 4 ^er Phasenunterschied zwischen den zueinander senkrechten Komponenten R bzw. R des elektrischen Vek-Method according to claim 1, characterized in that the Fourier coefficients of the function defined by the signals appearing at the output of the photodetector (28) are calculated to determine sinA, cosa and ψ, where 4 ^ er phase difference between each other vertical components R or R of the electrical P s R P s R tors des reflektierten Strahls und tang Ψ = _£ ist.tors of the reflected beam and tang Ψ = _ £. Rs R s YO 974 065 609846/087 3YO 974 065 609846/087 3 Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Fehler des die Phasenlage der beiden Komponenten verändernden Elements (50) die Fehler der Parameter Ψ und Δ dieses ElementsMethod according to Claims 1 and 2, characterized in that to compensate for the errors of the phase position of the two components changing element (50) the errors of the parameters Ψ and Δ of this element c cc c bei direktem Einfall des polarisierten Strahls bestimmt werden.can be determined at direct incidence of the polarized beam. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ausgang des Fotodetektors (28) auftretenden Analogsignale vor ihrer weiteren Verarbeitung digitalisiert werden.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the of the photodetector (28) occurring analog signals are digitized before their further processing. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (10) zur Erzeugung eines monochromatischen, auf ein Prüfobjekt unter einem einstellbaren Winkel auffallenden Lichtstrahls (21), durch einen im Verlauf des Lichtstrahls vor seinem Auftreffen auf das Prüfobjekt (20) angeordneten Polarisator (12), durch eine Vorrichtung zur Azimuth-Winkeleinstellung des Polarisators in Bezug auf die Einfallsebene des ihn durchsetzenden Strahls, durch einen im Wege des am Prüfobjekt (20) reflektierten Lichtstrahls (22) angeordneten Analysator (50), einen diesen nachgeschalteten Fotodetektor (28), einen mit dem Ausgang (35) des Fotodetektors verbundenen Analog-Digitalwandler (32) und eine diesen nachgeschaltete Analysiervorrichtung (38) sowie durch ein im Strahlengang des am Prüfobjekt reflektierten Lichtstrahls angeordnetes Element (50) zur periodischen Veränderung der relativen Phasenlage der zueinander senkrechten Komponenten des Lichtstrahls.Device for carrying out the method according to Claims 1 to 4, characterized by a light source (10) for generating a monochromatic, incident on a test object at an adjustable angle Light beam (21), through one in the course of the light beam before it hits the test object (20) arranged polarizer (12), by a device for setting the azimuth angle of the polarizer in relation to the plane of incidence of the beam passing through it, by an analyzer (50) arranged in the path of the light beam (22) reflected on the test object (20), a this downstream photodetector (28), an analog-digital converter connected to the output (35) of the photodetector (32) and an analyzing device (38) connected downstream of this, as well as by one in the beam path of the light beam reflected on the test object Element (50) for periodically changing the relative phase position of the mutually perpendicular components of the light beam. YO 974 065 6098 46/087 3YO 974 065 6098 46/087 3 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle
(10) zur Erzeugung eines monochromatischen, auf ein Prüfobjekt (20) unter einem einstellbaren Winkel auffallenden Lichtstrahls (21), durch einen im Verlauf des Lichtstrahls vor seinem Auftreffen auf das Prüfobjekt (20) angeordneten Polarisator (12), durch eine Vorrichtung zur Azimuth-Winkeleinstellung des Polarisators in Bezug auf die Einfallsebene des ihn durchsetzenden Strahls, durch einen im Wege des am Prüfobjekts reflektierten Lichtstrahls angeordneten Analysator (52), einen diesen nachgeschalteten
Fotodetektor (28), einen mit dem Ausgang (35) des Fotodetektors verbundenen Analog-Digitalwandler (32) und eine diesem nachgeschaltete Analysiervorrichtung (38) sowie
ein durch im Strahlengang des Lichtstrahls hinter den
ersten Polarisator (12) und vor seinem Auftreffen auf dem Prüfobjekt (20) angeordnetes Element (50) zur periodischen Veränderung der relativen Phasenlage der zueinander senkrechten Komponenten des Lichtstrahls.
Device for carrying out the method according to Claims 1 to 4, characterized by a light source
(10) for generating a monochromatic light beam (21) incident on a test object (20) at an adjustable angle, by a polarizer (12) arranged in the course of the light beam before it hits the test object (20), by a device for azimuth Angle adjustment of the polarizer in relation to the plane of incidence of the beam passing through it by an analyzer (52) arranged in the path of the light beam reflected on the test object, a downstream analyzer
Photodetector (28), an analog-digital converter (32) connected to the output (35) of the photodetector and an analyzing device (38) connected downstream of this, as well as
a through in the beam path of the light beam behind the
first polarizer (12) and, before it strikes the test object (20), arranged element (50) for periodically changing the relative phase position of the mutually perpendicular components of the light beam.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die relative Phasenlage der zueinander
senkrechten Komponenten des polarisierten Lichtstrahls
periodisch ändernde Element (50) aus einer um die Mittelachse des polarisierten Lichtstrahls rotierenden λ/4-Platte besteht.
7. Device according to claims 5 or 6, characterized in that the relative phase position of each other
perpendicular components of the polarized light beam
periodically changing element (50) consists of a λ / 4 plate rotating around the central axis of the polarized light beam.
¥0 974 Ο65 6098 46/0873¥ 0 974 Ο65 6098 46/0873
DE19762616141 1975-04-28 1976-04-13 ELLIPSOMETRIC MEASURING METHOD Withdrawn DE2616141A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/572,476 US4053232A (en) 1973-06-25 1975-04-28 Rotating-compensator ellipsometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2616141A1 true DE2616141A1 (en) 1976-11-11

Family

ID=24287979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19762616141 Withdrawn DE2616141A1 (en) 1975-04-28 1976-04-13 ELLIPSOMETRIC MEASURING METHOD

Country Status (8)

Country Link
JP (1) JPS6042901B2 (en)
BE (1) BE839043A (en)
CA (1) CA1048806A (en)
DE (1) DE2616141A1 (en)
FR (1) FR2309860A1 (en)
GB (1) GB1493087A (en)
IT (1) IT1064176B (en)
NL (1) NL7603931A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3223467A1 (en) * 1982-06-17 1983-12-29 Anatolij Prokop'evi&ccaron; Bykov METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE COORDINATES OF AN OBJECT POINT IN SPACE
EP0102470A1 (en) * 1982-08-09 1984-03-14 International Business Machines Corporation Ellipsometers
DE3706837A1 (en) * 1986-03-03 1987-09-10 Olympus Optical Co DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE CALCULATION INDEX OF A SUBSTRATE FOR AN OPTICAL RECORDING CARRIER
DE3708148A1 (en) * 1987-03-11 1987-10-15 Michael Linder Method and device for ellipsometric measurement
EP0300508A2 (en) * 1987-07-23 1989-01-25 Nkk Corporation Film thickness-measuring apparatus
DE19805853B4 (en) * 1997-03-25 2004-03-11 Schmekel, Björn Method and device for measuring the refractive index and / or the light beam angle at a medium boundary

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59182324A (en) * 1983-03-31 1984-10-17 Horiba Ltd Polarimeter
NO850157L (en) * 1984-01-16 1985-10-23 Barringer Research Ltd PROCEDURE AND APPARATUS FOR DETERMINING HYDROCARBONES ON A WATER SURFACE.
KR20140056261A (en) * 2011-07-07 2014-05-09 케이엘에이-텐코 코포레이션 Multi-analyzer angle spectroscopic ellipsometry

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1422426A (en) * 1973-06-22 1976-01-28 Penny Turbines Ltd Noel Compressor rotor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3223467A1 (en) * 1982-06-17 1983-12-29 Anatolij Prokop'evi&ccaron; Bykov METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE COORDINATES OF AN OBJECT POINT IN SPACE
EP0102470A1 (en) * 1982-08-09 1984-03-14 International Business Machines Corporation Ellipsometers
DE3706837A1 (en) * 1986-03-03 1987-09-10 Olympus Optical Co DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THE CALCULATION INDEX OF A SUBSTRATE FOR AN OPTICAL RECORDING CARRIER
DE3708148A1 (en) * 1987-03-11 1987-10-15 Michael Linder Method and device for ellipsometric measurement
EP0300508A2 (en) * 1987-07-23 1989-01-25 Nkk Corporation Film thickness-measuring apparatus
EP0300508A3 (en) * 1987-07-23 1990-11-28 Nkk Corporation Film thickness-measuring apparatus
DE19805853B4 (en) * 1997-03-25 2004-03-11 Schmekel, Björn Method and device for measuring the refractive index and / or the light beam angle at a medium boundary

Also Published As

Publication number Publication date
BE839043A (en) 1976-06-16
GB1493087A (en) 1977-11-23
JPS6042901B2 (en) 1985-09-25
IT1064176B (en) 1985-02-18
JPS51131655A (en) 1976-11-16
NL7603931A (en) 1976-11-01
FR2309860B1 (en) 1979-04-20
CA1048806A (en) 1979-02-20
FR2309860A1 (en) 1976-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19635907C2 (en) Method for measuring the phase difference between two orthogonally polarized components of a test beam and homodyne interferometer receiver device for carrying out the method
EP0011708B1 (en) Method and device for measuring the evenness, roughness or curvature radius of an area to be measured
DE69938134T2 (en) SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETER
DE2214191C3 (en) Method for determining the fiber orientation in paper with the aid of light reflected from the paper
DE2414034A1 (en) METHOD OF MEASURING THE THICKNESS OF SEVERAL OVERLAYING LAYERS
EP0019088A1 (en) Ellipsometric method and ellipsometric device for testing the physical properties of the surface of a sample
DE3702203A1 (en) METHOD FOR MEASURING RELATIVE MOVEMENTS
DE2201830B2 (en) METHOD AND DEVICE FOR WAVE FRONT MEASUREMENT
EP0561015A1 (en) Interferometric phase-measuring
DE10154008C1 (en) Photoelastic analysis method for materials based on strain double refraction or birefringence, directs incident beam of polarized light onto object to be examined in order to analyze bundle of light emitted from object
EP0175142A2 (en) Ellipsometric device for the examination of physical surface properties of a sample
DE112018007955T5 (en) Device for measuring the position of a movable mirror of an interferometer and Fourier transform infrared spectrometer
DE1623858B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ANGLE POSITION OF A ROTATING SHAFT BY USING LIGHT-ELECTRIC ASSISTANT
DE2616141A1 (en) ELLIPSOMETRIC MEASURING METHOD
DE2161205A1 (en) Process for determining refraction and refractometer for carrying out the process
EP0491749B1 (en) Device for absolute two-dimensional position measurement
EP0017822B1 (en) Apparatus of analyzing the state of polarisation of a radiation
DE3405886A1 (en) Method and device for the polarimetric measurement of the rolling angle of a movable machine part
DE3936541A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING SIZES AND GEOMETRY OF A THIN-LAYER STRUCTURE
DE2453424B2 (en) DEVICE FOR ANALYSIS OF THE POLARIZATION PROPERTIES OF A SAMPLE
DE4104636A1 (en) POLARIZATION INTERFEROMETER WITH NARROW BAND FILTER
DE3929713C2 (en) Method for measuring an optical path difference on anisotropic transparent objects
DE19745607B4 (en) Arrangement for measuring optical parameters of crystalline samples by means of optical reflection
DE102015201909B4 (en) Method and system for determining an optical path difference between partial light waves arising in a birefringent object
DE4209537A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING POLARIZED LIGHT

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee